Constelación de satélites

La constelación GPS exige que 24 satélites se distribuyan por igual entre seis planos orbitales. Observe cómo el número de satélites en vista desde un punto dado en la superficie de la Tierra, en este ejemplo a 40°N, cambia con el tiempo.

Una constelación de satélites es un grupo de satélites artificiales que trabajan juntos como un sistema. A diferencia de un solo satélite, una constelación puede proporcionar una cobertura global o casi global permanente, de modo que en cualquier momento, en cualquier lugar de la Tierra, al menos un satélite sea visible. Los satélites generalmente se colocan en conjuntos de planos orbitales complementarios y se conectan a estaciones terrestres distribuidas globalmente. También pueden utilizar la comunicación entre satélites.

Otros grupos de satélites

Las constelaciones de satélites no deben confundirse con:

• grupos temáticos por satélite, que son grupos de satélites que se mueven muy unidos en órbitas casi idénticas (véase la formación de satélites que vuelan);
• Serie de satélites o Programas por satélite (como Landsat), que son generaciones de satélites lanzados en sucesión;
• flotas por satélite, que son grupos de satélites del mismo fabricante o operador que funcionan independientemente uno del otro (no como un sistema).

Resumen

Un resplandor artificial brillante es visible sobre el Telescopio Muy Grande. Las constelaciones de satélite podrían tener un impacto en la astronomía terrestre.

Los satélites en órbita terrestre media (MEO) y órbita terrestre baja (LEO) a menudo se implementan en constelaciones de satélites, porque el área de cobertura proporcionada por un solo satélite solo cubre un área pequeña que se mueve a medida que el satélite viaja a alta velocidad angular. necesario para mantener su órbita. Se necesitan muchos satélites MEO o LEO para mantener una cobertura continua sobre un área. Esto contrasta con los satélites geoestacionarios, donde un solo satélite, a una altitud mucho mayor y moviéndose a la misma velocidad angular que la rotación de la superficie de la Tierra, brinda cobertura permanente sobre un área grande.

Para algunas aplicaciones, en particular la conectividad digital, la menor altitud de las constelaciones de satélites MEO y LEO brinda ventajas sobre un satélite geoestacionario, con menores pérdidas de trayectoria (reduciendo los requisitos y costos de energía) y latencia. El retraso de propagación para una transmisión de protocolo de Internet de ida y vuelta a través de un satélite geoestacionario puede ser superior a 600 ms, pero tan bajo como 125 ms para un satélite MEO o 30 ms para un sistema LEO.

Ejemplos de constelaciones de satélites incluyen el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), las constelaciones de Galileo y GLONASS para navegación y geodesia en MEO, los servicios de telefonía satelital Iridium y Globalstar y el servicio de mensajería Orbcomm en LEO, la Constelación de Monitoreo de Desastres y RapidEye para detección remota en LEO sincrónico al sol, constelaciones de comunicaciones rusas Molniya y Tundra en órbita altamente elíptica, y constelaciones de banda ancha satelital, en construcción desde Starlink y OneWeb en LEO, y operativas desde O3b en MEO.

Diseño

Constelación de caminantes

Hay una gran cantidad de constelaciones que pueden satisfacer una misión en particular. Por lo general, las constelaciones están diseñadas para que los satélites tengan órbitas, excentricidad e inclinación similares, de modo que cualquier perturbación afecte a cada satélite aproximadamente de la misma manera. De esta forma, la geometría se puede conservar sin un mantenimiento excesivo de la posición, reduciendo así el uso de combustible y aumentando así la vida útil de los satélites. Otra consideración es que la fase de cada satélite en un plano orbital mantiene una separación suficiente para evitar colisiones o interferencias en las intersecciones del plano orbital. Las órbitas circulares son populares porque el satélite se encuentra a una altitud constante y requiere una señal de intensidad constante para comunicarse.

Una clase de geometrías de órbita circular que se ha vuelto popular es la constelación Walker Delta Pattern. Esto tiene una notación asociada para describirlo que fue propuesta por John Walker. Su notación es:

i: t/p/f

donde:

• i es la inclinación;
• t es el número total de satélites;
• p es el número de aviones igualmente espaciados; y
• f es el espaciado relativo entre satélites en aviones adyacentes. El cambio en la verdadera anomalía (en grados) para satélites equivalentes en los planos vecinos es igual a f × 360 / t.

Por ejemplo, el sistema de navegación Galileo es una constelación Walker Delta 56°: 24/3/1. Esto significa que hay 24 satélites en 3 planos inclinados a 56 grados, que abarcan los 360 grados alrededor del ecuador. El "1" define la fase entre los planos y cómo se espacian. El Walker Delta también se conoce como la roseta de Ballard, en honor a un trabajo anterior similar de A. H. Ballard. La notación de Ballard es (t,p,m) donde m es un múltiplo del desplazamiento fraccionario entre planos.

Otro tipo de constelación popular es la Walker Star casi polar, que utiliza Iridium. Aquí, los satélites están en órbitas circulares casi polares a lo largo de aproximadamente 180 grados, viajando hacia el norte por un lado de la Tierra y hacia el sur por el otro. Los satélites activos en la constelación completa de Iridium forman una Walker Star de 86,4°: 66/6/2, es decir, la fase se repite cada dos planos. Walker usa una notación similar para estrellas y deltas, lo que puede resultar confuso.

Estos conjuntos de órbitas circulares a altitud constante a veces se denominan capas orbitales.

Capa orbital

En los vuelos espaciales, una capa orbital es un conjunto de satélites artificiales en órbitas circulares a una determinada altitud fija. En el diseño de constelaciones de satélites, una capa orbital generalmente se refiere a una colección de órbitas circulares con la misma altitud y, a menudo, inclinación orbital, distribuido uniformemente en longitud celeste (y anomalía media). Para una inclinación y altitud suficientemente altas, la capa orbital cubre todo el cuerpo orbitado. En otros casos la cobertura se extiende hasta cierta latitud máxima.

Varias constelaciones de satélites existentes suelen utilizar una sola capa orbital. Se han propuesto nuevas megaconstelaciones grandes que consisten en múltiples capas orbitales.

Lista de constelaciones de satélites

Constelaciones de satélites de navegación

Constelaciones de satélites de comunicaciones

Difusión

• Sirius Satellite Radio
• XM Radio por satélite
• Othernet
• Molniya (continuación)

Monitoreo

• Spire (AIS, ADS-B)
• Iridium (AIS, ADS-B, IoT)
• Myriota (IoT)
• Swarm Technologies (IoT)
• Astrocast (IoT)
• TDRSS

Acceso a Internet

Se propusieron algunos sistemas, pero nunca se implementaron:

Se proponen o se están desarrollando otros sistemas de acceso a Internet:

Progresos

• Boeing Satellite está transfiriendo la aplicación a OneWeb
• LeoSat se cerró completamente en 2019
• La constelación OneWeb tenía 6 satélites piloto en febrero de 2019, 74 satélites lanzados al 21 de marzo de 2020 pero archivados para la quiebra el 27 de marzo de 2020
• Starlink: primera misión (Starlink 0) lanzada el 24 de mayo de 2019; se lanzaron 955 satélites, 51 deorbitados, 904 en órbita al 25 de noviembre de 2020; la prueba de beta pública en rango de latitud limitado comenzó en noviembre de 2020
• O3b mPOWER: primero 2 satélites lacados Diciembre 2022; 9 más en 2023–2024, con el inicio del servicio inicial esperado en Q3 2023.
• Telesat LEO: dos prototipos: lanzamiento 2018
• CASIC Hongyun: prototipo lanzado en diciembre de 2018
• CASC El prototipo de Hongyan lanzado en diciembre de 2018, podría fusionarse con Hongyun
• Proyecto Kuiper: presentación de FCC en julio 2019

Constelaciones de satélites de observación de la Tierra

• RADARSAT Constelación
• Laboratorios Planetarios
• Pléiades 1A y 1B
• RapidEye
• Disaster Monitoring Constellation
• A-train
• SPOT 6 y SPOT 7
• Spire